目前，先進(jìn)的傳感器技術(shù)都依賴于有源電子器件來進(jìn)行信號采集和處理。為了能夠及時捕捉到周圍環(huán)境中有意義的信號，如特定的震動、聲音或光譜等，這些傳感器必須時刻處于工作狀態(tài)。這種無論被測信號是否出現(xiàn)都持續(xù)耗電的工作特性，極大地限制了單個傳感器的壽命，進(jìn)而顯著增加了整個傳感器網(wǎng)絡(luò)(或物聯(lián)網(wǎng))因周期性更換電池而帶來的維護(hù)成本，甚至限制了在偏遠(yuǎn)地域或者有潛在危險的地區(qū)布置傳感器的可能性。

　　據(jù)麥姆斯咨詢報道，美國東北大學(xué)(Northeastern University)教授Matteo Rinaldi領(lǐng)導(dǎo)的一個科研團(tuán)隊近期研發(fā)出了一款零功耗紅外探測器。這款零功耗紅外探測器能夠在有意義的被測信號出現(xiàn)前，保持零功耗的休眠狀態(tài)，在紅外特征信號到達(dá)器件后利用其本身攜帶的能量來驅(qū)動一個熱敏微機(jī)械開關(guān)，進(jìn)而接通負(fù)載電路開始工作，以實現(xiàn)整個傳感器節(jié)點(diǎn)僅在特定紅外光譜出現(xiàn)時被“喚醒”。

　　圖1 零功耗紅外探測器結(jié)構(gòu)示意圖

　　這款零功耗紅外探測器本質(zhì)上是基于一種微機(jī)械光開關(guān)技術(shù)，美國東北大學(xué)的研究人員稱之為“等離子體增強(qiáng)微機(jī)械光開關(guān)(Plasmonically-enhanced Micromechanical Photoswitches)”。該器件的設(shè)計巧妙地利用了等離子體超材料、光學(xué)、熱傳導(dǎo)、力學(xué)、微機(jī)械加工等物理原理和工程技術(shù)。如圖1所示，其微結(jié)構(gòu)包含兩個對稱釋放的懸臂，每個懸臂包含一個吸收端(Absorbing head)或反射端(Reflecting head)，一對用于執(zhí)行驅(qū)動的熱敏雙材料內(nèi)臂，一對用于溫度和應(yīng)力補(bǔ)償?shù)耐耆嗤碾p材料外臂，以及一對連接內(nèi)外臂的絕熱導(dǎo)線。等離子體紅外吸收端為金屬-絕緣體-金屬組成的三明治堆疊結(jié)構(gòu)，上層為通過光刻控制線寬的等離子體納米結(jié)構(gòu)(50nm 金貼片)，中間層為100nm二氧化硅介電層，下層為100nm鉑反射層。吸收端上還包含一個高硬度的碗狀鉑金屬觸點(diǎn)，與該器件的一輸入/輸出端電氣相連。而在另一個懸臂上的反射端上則有一個金屬接觸板連接器件的另一輸入/輸出端。鉑金屬觸點(diǎn)和接觸板之間的距離約為500nm。

　　圖2 美國東北大學(xué)研發(fā)的零功耗紅外探測器的等離子紅外吸收區(qū)和金屬開關(guān)觸點(diǎn)的細(xì)節(jié)特寫(掃描電鏡偽色圖)